轮毂电机电动汽车整车试验平台的三维建模*

刘秋生，张元青，徐晓宇，胡胜龙

轮毂电机电动汽车整车试验平台的三维建模*

刘秋生，张元青，徐晓宇，胡胜龙

（江西应用技术职业学院 汽车学院，江西 赣州 341000）

为了设计和搭建轮毂电机电动汽车实车试验平台，文章针对轮毂电动电动汽车整车试验平台进行了三维建模设计。经验证，该试验平台设计方案可行，可为后期的轮毂电机电动汽车试验平台的搭建提供设计基础。

轮毂电机电动汽车；整车试验平台；三维建模

引言

轮毂电机电动汽车试验平台作为整车道路试验与性能研究的试验基础，其作用不言而喻[1]。目前，很多研究机构在开发实车平台多以市场主流车型进行改装，本文则完全采用自主设计理念，完成基于车身简化的整车试验平台的模型设计。整个设计开发的过程如图1，项目开始后，根据试验平台的功能定位，对其总体架构进行设计；然后使用CATIA三维建模软件对整车主要总成部件进行独立设计，并对其匹配、校核、优化，最后进行装配，完成整车试验平台的三维建模。

1 子系统设计

1.1 电机驱动系统

电机驱动系统是轮毂电机电动汽车的心脏，它决定了整车的行驶动力。在模型设计之前，根据整车要求的行驶动力参数对电驱动系统进行选型计算，完成设计匹配[2]。试验平台设计要求的性能参数如下表1。电机的初选首先根据整车行驶的最高速度来计算其功率大小Pl，然后再结合加速及爬坡性能，计算出电机的最高功率P2，并由电机的最高功率来确定电机的峰值功率[3]。功率的计算公式如式1、2，其中，η为机械效率，为滚阻系数，其它参数参照表1。

经过电机的选型计算，选定永磁无刷直流电机作为整车试验平台的使用电机，根据其机械结构，完成轮毂电机系统的三维设计模型如图2。

图1 试验平台的设计开发过程

表1 整车性能参数表

1.2 动力电池系统

图3 电池模块及电池箱体的三维设计模型

根据上述电机系统工作电压的要求，为减小成本并达到其要求，动力电池系统设计采用9个12V的铅酸蓄电池，电池组串联后的电压总和为108V。另外，根据初期的构想，要求试验平台在充满电后能持续行驶的里程为40km。考虑到整车设计要求的续航里程，还需设计好动力电池的容量[4]。动力电池容量的计算跟整车的驱动能量相联系，驱动能量的计算公式如下式2.3，式中，η为电机的效率，η为电池的放电效率，η为传动系统的工作效率，ζ为电池放电的范围系数，表示放电从 30%到100%。比如，汽车按40Km/h的平均车速在水平良好的路面上行驶，根据公式可以计算该汽车的功率需求约为10kw，也就是该车需要大概10kw.h的驱动能量，根据转换公式，得到动力电池组所需要的最小容量为30A.h。为尽可能地减少电池的尺寸和重量，以便布置安装，并保证整车的动力性能，满足后期实车试验的里程需求，电池的容量定为40Ah。为使动力电池系统在整车上更合理地布置，先对电池系统及其箱体进行了三维设计，如图3。

1.3 悬架转向系统

轮毂电机电动汽车因其没有发动机总成，这就使得传统的液压助力转向系统无法正常使用，所以考虑在后期轮毂电机实车平台搭建时，使驾驶员更好地操纵汽车行驶的方向，采用电动助力转向EPS系统[5]。其转向器采用大众型的齿轮齿条式的转向系统，根据其机械结构，进行三维模型的设计，如图4所示。

图4 悬架转向系统的三维设计模型

1.4 制动系统

轮毂电机电动汽车因为没有发动机总成结构，因此在整车试验平台的制动系统设计中，考虑由真空泵提供能量给其真空助力器中伺服气室。真空泵采用24V的车载直流电供给，其工作后，为试验平台提供真空助力，制动系统的设计示意如图5，系统的三维模型设计如图6。

1-制动踏板；2-控制阀；3-真空伺服气室；4-真空单向阀；5-真空泵；6-储液瓶；7-真空瓶；8-制动主缸

图6 制动系统的三维模型设计模型

2 整车试验平台的三维建模

在各子系统设计的基础上，经三维匹配、校核、组装，完成试验平台的三维模型设计，如图7。试验平台采用铅酸蓄电池组作为整车动力源，利用四轮毂电机独立驱动，设计独立悬架结构，加装电动助力转向EPS系统，并集成独特的仪表设计功能，由此真正实现整车驱动行驶的“高效率、低噪声、零排放”。

图7 轮毂电机电动汽整车的三维设计模型

3 总结

本文考虑后期实车平台的搭建，预先设计了轮毂电机电动汽车整车试验平台。基于模块化设计思想，对相关子系统进行独立设计。设计的三维模型合理可行，可为后期的轮毂电机电动汽车实车平台的搭建提供设计基础。

[1] 王博.四轮独立电驱动车辆实验平台及驱动力控制系统研究[D].清华大学,2009.

[2] 刘兴龙.基于轮毂电机的车辆全转向设计及底盘优化研究[D].西南交通大学,2018.

[3] 智晋宁,项昌乐,朱丽君等.轮边电机驱动汽车性能仿真与控制方法的研究[J].汽车工程,2012,34(5):389-393.

[4] 刘秋生.轮毂电机电动汽车实车平台及其驱动控制策略研究[D].西华大学,2016.

[5] 冯冲,丁能根,何勇灵,等.分布式驱动电动汽车底盘综合控制系统的设计[J].汽车工程,2015,37(2):207-213.

Three-dimensional Modeling of Hub Motor Electric vehicle Test platform*

Liu Qiusheng, Zhang Yuanqing, Xu Xiaoyu, Hu Shenglong

( College of Automotive, Jiangxi Vocational College of Applied Technology, Jiangxi Ganzhou 341000 )

In order to design and build the real vehicle test platform of hub motor electric vehicle, the 3D modeling design of the test platform of hub electric vehicle is carried out in this paper. It is proved that the design scheme of the test platform is feasible and can provide the design basis for the construction of the later hub motor electric vehicle test platform.

Hub motor electric vehicle; Vehicle test platform; 3D modeling

TH16; U461.6

A

1671-7988(2019)24-10-03

TH16；U461.6

A

1671-7988(2019)24-10-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.004

刘秋生（1989.09-），男，汉族，江西赣州人，硕士，就职于江西应用技术职业学院汽车学院，主要从事新能源汽车技术方面的研究。

江西省教育厅资助项目（GJJ181272）；赣州市社会科学研究课题（19107）；赣州市社会科学研究课题（18102）；江西应用技术职业学院重点科技项目。（JXYY-KJ-201702）。